Wyjaśnienie typów kondensatorów

W tym poście poznamy podstawy kondensatorów, a także różne typy kondensatorów, które są powszechnie dostępne na rynku i stosowane w większości układów elektronicznych.

Przegląd

Kondensator to po prostu pasywna część elektroniczna, której zadaniem jest magazynowanie ładunku elektrycznego.

W postaci fizycznej składa się z pary metalowych płytek lub elektrod oddzielonych izolacją lub dielektrykiem. Przyłożenie napięcia stałego do końcówek kondensatora natychmiast generuje niedobór elektronów na płycie dodatniej i nadmiar elektronów na płycie ujemnej, jak pokazano na poniższym rysunku.

To różnicowe gromadzenie się elektronów powoduje powstanie ładunku elektrycznego, który gromadzi określony poziom (na podstawie napięcia), po czym pozostaje na tym poziomie. Jeśli występuje prąd stały, izolator wewnątrz kondensatora działa jak układ blokujący przepływ prądu (jednak może to być niewielki przejściowy prąd ładowania, który zapobiega całkowitemu naładowaniu kondensatora).

Gdy prąd przemienny jest używany w kondensatorze, ładunek nagromadzony w połowie cyklu prądu przemiennego zostaje odwrócony w następnej drugiej połowie cyklu, co powoduje, że kondensator umożliwia wydajne przepływanie prądu przez kondensator, tak jakby izolacja dielektryczna nigdy nie istniała.

Dlatego w przypadku prądu przemiennego kondensator działa po prostu jak urządzenie sprzęgające. Nie ma prawie żadnych obwodów elektronicznych przewodzących prąd przemienny i nie zawierających kilku kondensatorów, prawdopodobnie w celu sprzężenia lub optymalizacji ogólnej odpowiedzi częstotliwościowej systemu.

W ostatnim wymienionym scenariuszu kondensator jest połączony z rezystorem w celu utworzenia kombinacji RC. Wystąpienie ładowania / rozładowania związane z kondensatorami może być również wykorzystane w różnych innych obwodach, np. , fotograficzna elektroniczna lampa błyskowa.

Podobnie jak rezystory, kondensatory mogą być skonfigurowane do pracy ze stałymi wartościami lub mogą mieć regulowaną wielkość. Stałe kondensatory są głównym fundamentem obwodu (wraz z rezystorami). Kondensatory zmienne są przeznaczone głównie do optymalizacji strojonych obwodów.

Plik parametry wydajnościowe każdego kondensatora są różne, a zatem ich zastosowania również odpowiednio się różnią.

Jedną z powszechnie stosowanych form elementów elektronicznych są kondensatory elektroniczne. Oprócz tego inne kondensatory stosowane w przemyśle to ceramiczne, mikowe srebrne, elektrolityczne, plastikowe, tantalowe i inne.

Każdy typ kondensatora jest używany w różnych zastosowaniach, w zależności od ich wad i zalet.

Jest kwintesencją tego, że należy wybrać odpowiedni typ kondensatora, ponieważ obwód, w którym kondensator jest używany, jest w dużej mierze przez kondensator.

Zatem w przypadku, gdy nie zostanie dobrany odpowiedni typ kondensatora do włożenia do obwodu na podstawie jego parametrów, może to skutkować nieprawidłowym lub wadliwym działaniem obwodu.

Podstawy kondensatorów

Prawa fizyczne, które zasadniczo rządzą różnymi typami kondensatorów, są takie same i są odpowiednio przestrzegane.

Te podstawowe prawa określają różne parametry kondensatorów, takie jak sposób działania kondensatora wartość kondensatora i jego pojemność (maksymalna ilość ładunku, jaką wytrzyma kondensator).

Zatem podstawowa teoria, na podstawie której kondensatory są zbudowane i działają, pozwala zrozumieć różne formy kondensatorów i sposób, w jaki mogą one być lub są używane.

Uwaga: Chociaż w dziedzinie dielektryków dokonano wielu zmian, podstawowe prawa, na podstawie których działają kondensatory, nie uległy zmianie i nadal obowiązują.

Rodzaje kondensatorów i dielektryków

Jak omówiono powyżej, chociaż podstawowe prawa, na których działają kondensatory, właściwości kondensatorów ogromnie się różnią ze względu na sposób, w jaki zbudowany jest każdy typ kondensatora.

Różne właściwości, jakie posiadają różne typy kondensatorów, określa ich główny element, który znajduje się między dwiema płytami kondensatora i jest znany jako „dielektryk”.

Stała dielektryczna kondensatora może wpływać na poziom pojemności, który kondensator może osiągnąć przy danej określonej objętości. Można również stwierdzić, że różne kondensatory różnych typów mają charakter spolaryzowany, przy czym napięcie przebiegające przez kondensator jest tolerowane tylko w jednym kierunku.

Z drugiej strony, można stwierdzić, że różne kondensatory różnych typów są z natury niepolaryzowane, przy czym napięcie przebiegające przez kondensator jest tolerowane w obu kierunkach.

Kondensatory są powszechnie nazywane na podstawie rodzaju dielektryka obecnego w kondensatorze.

Wskazuje to na ogólne właściwości, które będzie wykazywał kondensator, wraz z różnymi różnymi typami funkcji obwodu, w których można je zastosować.

Przegląd kondensatorów i ich różne typy

W przypadku kondensatorów niespolaryzowanych stosowane są różne formy konstrukcji, z których prawie wszystkie można łatwo rozpoznać po stylu kondensatora. Nie musisz zagłębiać się w szczegóły dotyczące prawdziwych konstrukcji. Ich szczególne cechy są jednak kluczowe, ponieważ mogą decydować o idealnej różnorodności do pracy w określonym zastosowaniu.

Kondensatory niespolaryzowane

1. Papierowe kondensatory dielektryczne , zazwyczaj rozpoznawalne po ich cylindrycznym kształcie, są najtańsze, ale zazwyczaj nieporęczne. Ich wiele innych kluczowych ograniczeń polega na tym, że nie są dobrze przystosowane do użytku przy wysokich częstotliwościach powyżej 1 MHz, co praktycznie ogranicza ich zastosowanie do obwodów audio. Zwykle występują one w wartościach od 0,05 µF do 1 lub 2 µF, przy napięciach roboczych od 200 do 1000 woltów. Kondensatory dielektryczne z papieru powlekanego tworzywem sztucznym mogą mieć znacznie większe napięcia robocze.
2. Kondensatory ceramiczne są bardzo popularne w małych obwodach audio i rf. Są one dość tanie i dostępne w różnych wartościach od 1 pF do 1 µF przy znacznych napięciach roboczych, a ponadto odznaczają się bardzo niskim upływem. Mogą być produkowane zarówno w postaci krążków, jak i struktur cylindrycznych oraz jako metalizowane płytki ceramiczne.
3. Kondensatory srebrowo-mikowe są droższe niż kondensatory ceramiczne, ale mają znakomitą zdolność do pracy w wysokich częstotliwościach i znacznie mniejsze tolerancje, dlatego zwykle uważa się, że dobrze nadają się do kluczowych zastosowań. Mogłyby być produkowane przy ekstremalnie wysokich napięciach roboczych.
4. Kondensatory polistyrenowe są wykonane z folii metalicznej oddzielonej folią polistyrenową, zwykle ze zintegrowaną osłoną z polistyrenu, aby zapewnić lepszą izolację. Są one znane z minimalnych strat przy wysokich częstotliwościach, doskonałej stabilności i spójności. Wartości mogą wahać się od 10 pF do 100 000 pF, jednak napięcie robocze zwykle znacznie spada wraz ze wzrostem wartości pojemności.
5. Kondensatory poliwęglanowe zazwyczaj są wytwarzane w postaci prostokątnych elementów z końcami zakończonymi drutami, które można łatwo włożyć w otwory PCB. Zapewniają wysokie wartości (nawet 1 µF) w niewielkich wymiarach, wraz z cechami zmniejszonych strat i minimalnej indukcyjności. Podobnie jak w przypadku kondensatorów polistyrenowych, napięcia robocze ulegają pogorszeniu przy wyższych wartościach pojemności.
6. Kondensatory z folii poliestrowej są również produkowane do bezpośredniego montażu na płytkach drukowanych o wartościach od 0,01 µF do 2,2 µF. Są one zwykle większe w porównaniu do kondensatorów poliwęglanowych. Ich mała wewnętrzna indukcyjność pozwala im być szczególnie dobrze dostosowanymi do funkcji sprzęgania i odsprzęgania w obwodach elektronicznych. Wartości kondensatorów z folii poliestrowej są zwykle podawane za pomocą kodu koloru zawierającego 5 kolorowych pierścieni.
7. Kondensatory foliowe mylarowe można uznać za standardowy kondensator foliowy, powszechnie występujący w wartościach od 0,001 µF do 0,22 µF, o napięciu roboczym do 100 woltów prądu stałego.

Różne typy kondensatorów, które są używane w większości obwodów elektronicznych, są następujące:

Kondensator ceramiczny:

Kondensator, a mianowicie kondensator ceramiczny, jest używany do wielu zastosowań, w tym RF i audio.

Zakres wartości kondensatora ceramicznego wynosi od kilku pikofaradów do 0,1 mikrofaradów. Kondensatory ceramiczne są najczęściej stosowane w przemyśle, ponieważ są najbardziej niezawodnym i tanim typem dostępnego kondensatora.

Innym powodem jego powszechnego i szerokiego zastosowania jest to, że współczynnik strat kondensatora ceramicznego jest bardzo niski. Ale współczynnik strat kondensatora zależy również od dielektryka zastosowanego w kondensatorze.

Kondensatory ceramiczne są stosowane zarówno w formatach do montażu powierzchniowego, jak i ołowiowego ze względu na właściwości konstrukcyjne kondensatorów.

Kondensator elektrolityczny:

Jednym z typów kondensatorów, który jest z natury spolaryzowany, są kondensatory elektrolityczne.

Wartości pojemności, które są oferowane przez kondensator elektrolityczny są bardzo wysokie, sięgające ponad 1 µF. kondensatory elektrolityczne są powszechnie używane w przemyśle do zastosowań, które są prowadzone przy niskiej częstotliwości, takich jak aplikacje odsprzęgające, zasilacze i aplikacje sprzężenia audio.

Dzieje się tak, ponieważ te aplikacje mają ograniczenie częstotliwości prawie 100 kHz.

Kondensator tantalowy:

Innym rodzajem kondensatora, który ma charakter spolaryzowany, jest kondensator tantalowy. Poziom pojemności zapewniany przez kondensator tantalowy przy ich objętości jest bardzo wysoki.

Jedną z wad kondensatora tantalowego jest to, że nie ma tolerancji w kondensatorze tantalowym w kierunku odwrotnego odchylenia, które może skutkować eksplozją kondensatora po wystawieniu na naprężenie.

Inną wadą jest to, że ma bardzo niską tolerancję na prądy tętnienia i dlatego nie powinny być narażone na wysokie napięcia (takie jak napięcia, które są wyższe niż ich napięcie robocze) i duży prąd tętnienia. Kondensatory tantalowe są dostępne w obu formatach do montażu powierzchniowego i ołowianego.

Srebrny kondensator mikowy:

Chociaż użycie srebrnych kondensatorów mikowych znacznie się zmniejszyło w obecnej erze, stabilność zapewniana przez srebrne kondensatory mikowe jest nadal bardzo wysoka, a także zapewnia wysoką dokładność i niskie straty.

Ponadto w srebrnych kondensatorach mikowych jest wystarczająco dużo miejsca. Aplikacje, w których są głównie używane, obejmują aplikacje RF.

Maksymalne wartości, do których ograniczony jest srebrny kondensator mikowy, to około 100 pF.

Kondensator z folii polistyrenowej:

Kondensatory z folii polistyrenowej zapewniają kondensator o małej tolerancji wszędzie tam, gdzie jest to wymagane. Ponadto te kondensatory są stosunkowo tańsze niż inne kondensatory.

Warstwa dielektryczna lub płytki obecne w kondensatorach z folii polistyrenowej są zwinięte razem, co daje kształt kondensatora w postaci rurowej.

Umieszczenie warstwy dielektrycznej i kształt kondensatora ogranicza reakcję kondensatora na wysokie częstotliwości z powodu dodania indukcyjności, a zatem odpowiada tylko kilku 100 kHz.

Powszechnie dostępne kondensatory z folii polistyrenowej mają postać ołowiowych elementów elektronicznych.

Kondensator z folii poliestrowej:

Tolerancja zapewniana przez kondensator z folii poliestrowej jest bardzo niska, a zatem kondensatory te są używane w sytuacjach, gdy z góry rozważany jest koszt.

Poziom tolerancji dużego odsetka dostępnych kondensatorów z folii poliestrowej wynosi 10% lub 5% i uważa się, że jest to wystarczające dla szeregu zastosowań.

Powszechnie dostępne kondensatory z folii poliestrowej mają postać ołowiowych elementów elektronicznych.

Kondensator z metalizowanej folii poliestrowej

Kondensatory z metalizowaną folią poliestrową składają się z folii poliestrowych, które są metalizowane i pod każdym innym względem są podobne do kondensatorów z folii poliestrowej lub w innej ich postaci.

Jedną z zalet, które uzyskuje się dzięki metalicznej folii poliestrowej, jest to, że wytwarza ona elektrody o bardzo małej szerokości, a tym samym umożliwia zamknięcie kondensatora również w pakiecie o bardzo małych rozmiarach.

Powszechnie dostępne kondensatory z metalizowanej folii poliestrowej mają postać ołowiowych elementów elektronicznych.

Kondensator poliwęglanowy:

W zastosowaniach, w których najbardziej krytycznym i kluczowym wymaganiem jest wysoka wydajność i niezawodność, te aplikacje wykorzystują kondensatory poliwęglanowe.

Wartość pojemności jest utrzymywana przez długi okres czasu przez kondensatory poliwęglanowe, ponieważ ich poziom tolerancji jest bardzo wysoki. Tak wysokie poziomy tolerancji są osiągane dzięki stabilności folii poliwęglanowej zastosowanej w kondensatorze poliwęglanowym.

Dodatkowo współczynnik rozpraszania kondensatorów poliwęglanowych jest bardzo niski i mogą one wytrzymać temperatury w szerokim zakresie i pozostają stabilne.

Zakres temperatur, które ten kondensator może wytrzymać to od -55ºC do + 125ºC. Pomimo tych wszystkich właściwości produkcja i produkcja kondensatorów poliwęglanowych znacznie się zmniejszyła.

Kondensator PPC lub polipropylenowy:

W tego typu kondensatorach wymagany poziom tolerancji jest wyższy niż ten, który może zapewnić kondensator poliestrowy, wtedy w takich przypadkach stosuje się kondensatory polipropylenowe.

Materiał użyty na dielektryk w kondensatorze polipropylenowym to folia polipropylenowa.

Zaletą, jaką ma kondensator polipropylenowy w porównaniu z innymi kondensatorami, jest to, że może wytrzymać bardzo wysokie napięcie w okresie czasu, a zatem zmiana poziomu pojemności spowodowana wzrostem i spadkiem napięcia w okresie czasu jest bardzo mała.

Kondensator polipropylenowy stosowany jest również w przypadkach, gdy wykorzystywana częstotliwość jest bardzo niska, najczęściej w zakresie 100kHz będącym maksymalnym limitem.

Kondensator polipropylenowy jest ogólnie dostępny w postaci ołowiowych elementów elektronicznych.

Kondensatory szklane:

Dielektryk zastosowany w szklanym kondensatorze jest wykonany ze szkła. Chociaż szklane kondensatory są drogie, ich wydajność jest bardzo wysoka.

Wydajność prądowa RF szklanych kondensatorów jest bardzo wysoka, a straty są bardzo niskie. Ponadto w szklanych kondensatorach nie ma szumu piezoelektrycznego.

Wszystko to i kilka dodatkowych właściwości kondensatorów szklanych sprawia, że ​​są one najbardziej odpowiednie i idealne do zastosowań RF, które wymagają wysokiej wydajności.

Superkondensator:

Inne nazwy, pod którymi znany jest superkondensator, to ultrakondensator lub superkondensator.

Wartości pojemności tych kondensatorów są bardzo duże, bo taka jest ich nazwa. Poziomy pojemności ultrakondensatora zbliżają się do wielu tysięcy Faradów.

Ultrakondensator jest używany w przemyśle do zapewnienia zapasu pamięci oraz do różnych zastosowań w dziedzinie zastosowań motoryzacyjnych. W ramach superkondensatora uwzględniono różne główne typy kondensatorów.

Wraz z nimi istnieje wiele innych typów kondensatorów, które są używane, gdy aplikacje mają charakter specjalistyczny.

Identyfikacja kondensatorów odbywa się głównie poprzez ich parametry, takie jak wartości, które są zaznaczone na obudowach kondensatorów. Aby wyświetlić parametry w sposób zwarty, oznaczenia parametrów są wykonywane w postaci kodu.

ZMIENNE KONDENSATORY

Kondensatory zmienne są zbudowane z naprzemiennych kawałków metalowych płytek, jeden zestaw jest stały i nieruchomy, a drugi ruchomy.

Płyty są oddzielone dielektrykiem, którym może być powietrze lub stały dielektryk. Ruch pojedynczego zestawu płytek przesuwa całą sekcję płytek, zmieniając w ten sposób pojemność na płytach.

Dodatkowo standardowe rozróżnienie między kondensatorami dostrajającymi używanymi do wielokrotnych manipulacji (np. Do regulacji stacji odbiornika radiowego) i kondensatorami trymerowymi przeznaczonymi do wstępnego zestawiania strojonego obwodu.

Kondensatory dostrajające są zwykle większe, mają mocniejszą strukturę i zwykle są typu dielektryka powietrznego.

Kondensatory trymera są często określane przez dielektryk z miki lub folii mający zmniejszoną liczbę płytek, w których pojemność jest modyfikowana przez obracanie środkowej śruby w celu zmiany odkształcenia na płytach i mice dielektrycznej.

Ze względu na to, że są one bardziej kompaktowe, mimo to kondensator trymera może być czasami stosowany jak kondensator strojenia w kieszonkowym obwodzie radiowym FM, chociaż ekskluzywne kondensatory do ministrojenia są produkowane do instalacji od razu na PCB.

Jeśli chodzi o dostrajanie kondensatorów, struktura łopatek określa sposób, w jaki zmienia się pojemność podczas ruchu wrzeciona.

Wszystkie te atrybuty są ogólnie skategoryzowane w jednym z poniższych opisów:

1. Liniowy: gdzie każdy stopień obrotu wrzeciona powoduje podobną zmianę pojemności. Jest to najbardziej typowy rodzaj wybierany do odbiorników radiowych.

2. Logarytmiczna: gdzie każdy stopień ruchu wrzeciona generuje stale zmieniający się poziom częstotliwości dostrojonego obwodu.

3. Równa częstotliwość: gdzie każdy stopień ruchu wrzeciona zapewnia taką samą zmianę częstotliwości w strojonym obwodzie. 4. Prawo kwadratu: w którym zmiana pojemności jest proporcjonalna do kwadratu kąta ruchu wrzeciona.